KR20120025329A - 듀티 조절 회로 및 이를 포함하는 컨버터 - Google Patents

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김진태
이광일
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페어차일드코리아반도체 주식회사
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Abstract

본 발명은 듀티 조절 회로 및 컨버터에 관한 것이다.
컨버터는 제1 스위치 및 제2 스위치 각각의 스위칭 동작에 따라 발생하는 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류에 따라 출력 전력을 공급한다.
듀티 조절 회로는 상기 제1 및 제2 스위치 각각의 듀티를 조절하기 위해서, 상기 제1 출력 전류의 피크 및 제2 출력 전류의 피크 간의 차이를 보상하기 위한 조절 전류를 생성한다.

Description

듀티 조절 회로 및 이를 포함하는 컨버터{DUTY ADJUSTER CURCUIT AND CONVERTER COMPRISING THE SAME}
본 발명은 컨버터의 동작을 제어하는 두 개의 스위치의 듀티를 조절하는 듀티 조절 회로 및 이를 포함하는 컨버터에 관한 것이다.
공진형 컨버터는 에너지 전달을 위해 트랜스포머를 포함한다. 트랜스포머의 2차측은 적어도 2 개의 권선으로 이루어질 수 있다. 트랜스포머의 2차측 권선들에는 권선에 흐르는 전류를 정류하여 출력하기 위한 출력 다이오드들이 연결되어 있다. 출력 다이오드들에 흐르는 전류들은 이상적으로 동일한 피크를 가지는 전류이다.
그러나 공진형 컨버터의 동작을 제어하는 전력 스위치들간의 듀티 불균형이 발생하는 경우, 출력 다이오드들에 흐르는 전류들은 서로 다른 피크를 가진다.
다이오드는 흐르는 전류가 증가할수록 온도가 증가하게 되고, 온도가 증가하면, 다이오드의 전달 전압(forwarding voltage)가 낮아져 더 많은전류가 흐르게 된다.
또한, 듀티 균형 상황에서도, 트랜스포머에 형성되어 있는 기생 성분이나, 공진형 컨버터가 형성된 인쇄 회로 기판 패턴의 기생 성분에 의해 발생하는 노이즈가 출력 전류들의 피크를 다르게 할 수 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 출력 다이오드에 흐르는 전류의 피크를 동일하게 제어하는 듀티 조절 회로 및 이를 포함하는 컨버터를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 듀티 조절 회로는, 제1 스위치 및 제2 스위치 각각의 스위칭 동작에 따라 발생하는 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류에 따라 출력 전력을 공급하는 컨버터에서 상기 제1 및 제2 스위치 각각의 듀티를 조절한다. 상기 듀티 조절 회로는, 상기 제1 출력 전류의 및 제2 출력 전류의 차이를 보상하기 위한 조절 전류를 생성하는 오차 증폭기; 및 상기 차이에 대응하는 정보를 상기 오차 증폭기의 입력으로 생성하는 수단을 포함한다. 상기 차이를 생성하는 수단은,
상기 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류 각각의 피크 간의 차이를 보상하기 위해 소정 값으로 설정된 조절 저항이다.
상기 듀티 조절 회로는, 상기 조절 저항에 기준 전류를 공급하는 기준 전류원을 더 포함하고, 상기 오차 증폭기는, 상기 조절 저항에 발생하는 조절 전압 및 소정의 기준 전압의 차를 증폭하여 상기 조절 전류를 생성한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 컨버터는, 제1 스위치 및 제2 스위치; 상기 제1 및 제2 스위치에 연결되어 있는 1차측 권선 및 출력단에 연결되어 있는 2차측 권선을 포함하는 트랜스포머; 상기 제1 스위치 및 제2 스위치 각각의 스위칭 동작을 제어하는 듀티 신호를 생성하는 오실레이터; 및 상기 제1 스위치의 온 기간 동안 상기 2차측 권선에 흐르는 전류가 정류된 제1 출력 전류와 상기 제2 스위치의 온 기간 동안 상기 2차측 권선에 흐르는 전류가 정류된 제2 출력 전류 간의 차이를 보상하기 상기 오실레이터에 조절 전류를 공급하는 듀티 조절 회로를 포함한다.
상기 듀티 조절 회로는, 상기 제1 출력 전류의 피크 및 제2 출력 전류의 피크 간의 차이를 보상하기 위한 조절 전류를 생성하는 오차 증폭기; 및 상기 피크 간의 차이를 보상하기 위해 소정 값으로 설정된 조절 저항을 포함한다.
상기 듀티 조절 회로는, 상기 조절 저항에 제1 기준 전류를 공급하는 기준 전류원을 더 포함하고, 상기 오차 증폭기는, 상기 조절 저항에 발생하는 조절 전압 및 소정의 기준 전압의 차를 증폭하여 상기 조절 전류를 생성한다.
상기 오실레이터는, 상기 컨버터의 출력 전압에 대응하는 피드백 신호에 따라 발생하는 제2 기준 전류에 따라 충전 및 방전되어 오실레이터 전압을 생성하는 커패시터를 포함하고, 상기 듀티 조절 회로는, 상기 제1 출력 전류의 피크 및 상기 제2 출력 전류의 피크 간의 차에 따라 상기 커패시터를 충전 또는 방전시키기 위해 상기 오실레이터에 상기 조절 전류를 공급한다.
상기 오실레이터는, 상기 오실레이터 전압이 소정의 피크 전압에 도달하면 상기 듀티 신호의 레벨을 변화시키고, 상기 오실레이터 전압이 소정의 최저 전압에 도달하면 상기 듀티 신호의 레벨을 변화시킨다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 컨버터는, 제1 스위치 및 제2 스위치; 상기 제1 및 제2 스위치에 연결되어 있는 1차측 권선 및 출력단에 연결되어 있는 2차측 권선을 포함하는 트랜스포머; 상기 제1 스위치 및 제2 스위치 각각의 스위칭 동작을 제어하는 듀티 신호를 생성하는 오실레이터; 및 상기 제1 스위치의 온 기간 동안 상기 2차측 권선에 흐르는 전류가 정류된 제1 출력 전류와 상기 제2 스위치의 온 기간 동안 상기 2차측 권선에 흐르는 전류가 정류된 제2 출력 전류 간의 차이를 감지하고, 상기 제1 출력 전류 및 상기 제2 출력 전류 간의 차이를 보상하기 위한 조절 전류를 상기 오실레이터에 공급하는 듀티 조절 회로를 포함한다.
상기 듀티 조절 회로는, 상기 제1 출력 전류의 피크 및 제2 출력 전류의 피크 간의 차이를 보상하기 위한 조절 전류를 생성하는 오차 증폭기; 및 상기 피크 간의 차이에 대응하는 정보를 생성하는 피크 오차 증폭기를 포함한다. 상기 오차 증폭기는, 상기 피크 오차 증폭기의 출력 전압 및 소정의 기준 전압의 차를 증폭하여 상기 조절 전류를 생성한다.
본 발명은 출력 다이오드에 흐르는 전류의 피크를 동일하게 제어하는 듀티 조절 회로 및 이를 포함하는 컨버터를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 듀티 조절 회로를 포함하는 공진형 컨버터를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 오실레이터 및 듀티 조절 회로를 나타낸 도면이다.
도 3은 조절 저항이 스위치 제어부 외부에 위치하고, 핀을 통해 듀티조절 회로에 연결되어 있는 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 듀티 조절 회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 오실레이터 전압, 및 두 개의 출력 전류를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 듀티 조절 회로를 포함하는 공진형 컨버터를 나타낸 도면이다.
공진형 컨버터(10)는 상측 스위치(high side switch)(M1), 하측 스위치(low side switch)(M2), 스위치 제어부(100), 피드백 루프(200), 및 트랜스포머(300)를 포함한다.
출력 다이오드(D1)는 트랜스포머(300) 2차측 권선(Co21)의 전류를 정류하여출력단(+)으로 흐르게 한다. 출력 다이오드(D2)는 트랜스포머(300) 2차측 권선(Co22)에 흐르는 전류를 정류하여 출력단(+)으로 흐르게 한다. 커패시터(CO)는 출력 전압(VOUT)을 평활시킨다.
상측 스위치(M1) 및 하측 스위치(M2) 각각은 듀티 신호(DUTY)에 따르는 듀티로 스위칭 동작한다. 상측 스위치(M1)는 스위치 제어부(100)로부터 전달되는 게이트 신호(VG1)에 의해 제어되며, 하측 스위치(M2)는 게이트 신호(VG2)에 의해 제어된다. 본 발명의 실시 예에 따른 상측 스위치(M1) 및 하측 스위치(M2)는 MOSFET(metal oxide semiconductor field-effect transistor)로 구현되며, n 채널(channel) 타입을 가진다. 상측 스위치(M1) 및 하측 스위치(M2)의 스위칭 동작 주파수를 이하 스위칭 주파수라 한다.
상측 스위치(M1) 및 하측 스위치(M2)의 스위칭 동작에 의해 입력 전압(VIN)이 구형파로 변형되고, 트랜스포머(300) 및 커패시터(CR) 사이에 공진이 발생한다. 1차측 권선(CO1)과 2차측 권선(CO21, CO22)로 형성되는 트랜스포머(300)의 누설 인덕턴스(leakage inductance)(LL), 자화 인덕턴스(magnetizing inductance)(LM), 그리고 공진 커패시터(CR)간에 공진이 발생한다.
공진에 의해 1차측 권선(CO1)에 발생하는 공진 전류에 따라 2차측 권선(CO21, CO22)에 전류가 발생한다. 2차측 권선(CO21)에 발생한 출력 전류(id1)는 출력 다이오드(D1)를 통해 출력단(+)으로 흐르고, 2차측 권선(CO22)에 발생한 출력 전류(id2)는 출력 다이오드(D2)를 통해 출력단(+)으로 흐른다. 출력 전류(id1) 및 출력 전류(id2)는 부하에 공급되거나 커패시터(CO)를 충전시킨다.
이와 같이, 공진형 컨버터(1)는 상측 스위치(M1) 및 하측 스위치(M2)의 스위칭 동작에 따라 발생하는 출력 전류(id1, id2)를 이용해 부하에 공급되는 출력 전력을 생성한다.
스위치 제어부(100)는 제1 게이트 구동부(110), 제2 게이트 구동부(120), 오실레이터(130), 듀티 조절 회로(140)를 포함한다.
오실레이터(130)는 본 발명의 실시 예에 따른 듀티 조절 회로(140)로부터 입력되는 조절 전류(IADV)를 이용하여 상측 스위치(M1) 및 하측 스위치(M2) 각각의 듀티를 조절한다. 구체적으로, 오실레이터(130)는 조절 전류(IADV)를 이용하여 증가 기울기 및 감소 기울기가 다른 오실레이터 신호(VOSC, 도 2 참조)를 생성하고, 오실레이터 신호(VOSC)를 이용해 듀티 신호(DUTY)를 생성한다.
듀티 조절 회로(140)는 출력 전류(id1) 및 출력 전류(id2) 각각의 피크가 서로 다른 경우, 두 전류의 피크를 동일하게 제어하기 위해서 조절 전류(IADJ)를 생성한다. 트랜스포머에 형성되어 있는 기생 성분이나, 공진형 컨버터가 형성된 인쇄 회로 기판 패턴의 기생 성분에 의해 발생하는 노이즈로 인해 출력 전류들(id1, id2) 간의 차이가 발생한다. 출력 전류들(id1, id2) 간의 차이는 출력 전류(id1)의 피크 및 출력 전류(id2)의 피크를 이용해 감지될 수 있다.
위와 같은 기생 성분을 제거하는 것은 공진형 컨버터의 인쇄 회로 기판및 트랜스포머를 다시 제조해야 하는 비용 및 시간이 소요된다. 인쇄 회로 기판 및 트랜스포머를 다시 제조하여도 위와 같은 기생 성분은 여전히 존재할 수 있다.
듀티 조절 회로(140)는 기생 성분이 존재하는 인쇄 회로 기판 및 트랜스포머를 교체하지 않고, 기생 성분에 의한 출력 전류들 간의 차이를 보상할 수 있는 조절 전류(IADJ)를 생성한다. 듀티 조절 회로(140)는 출력 전류(id1) 및 출력 전류(id2) 각각의 피크에 대한 정보를 입력 받아 조절 전류(IADJ)의 양을 조절한다.
듀티 조절 회로(140)는 출력 전류(id1) 및 출력 전류(id2)의 차에 대응하는 입력과 소정의 기준 값을 비교하여 조절 전류를 생성하는 오차 증폭기를 포함할 수 있다. 오차 증폭기의 입력을 생성하기 위한수단은 다양한 방법으로 구현될 수 있다.
구체적으로, 출력 전류(id1) 및 출력 전류(id2) 각각의 피크 차이 정보를 생성하여 오차 증폭기의 입력을 생성하거나, 조절 전류를 생성하기 위한 조절 저항을 이용하여 오차 증폭기의 입력을 생성할 수 있다.
제1 게이트 구동부(110)는 오실레이터(130)으로부터 전달되는 듀티 신호(DUTY)에 따라 상측 스위치(M1)를 스위칭 동작시키는 제1 게이트 신호(VG1)를 생성한다. 제2 게이트 구동부(120)는 듀티 신호(DUTY)에 따라 하측 스위치(M2)를 스위칭 동작시키는 제2 게이트 신호(VG2)를 생성한다.
제1 게이트 구동부(110)는 듀티 신호(DUTY)의 상승 에지에 동기되어 상측 스위치(M1)을 턴 온 시키는 제1 게이트 신호(VG1)를 생성하고, 듀티 신호(DUTY)의 하강 에지에 동기되어 상측 스위치(M1)을 턴 오프 시키는 제1 게이트 신호(VG1)를 생성한다.
제2 게이트 구동부(120)는 듀티 신호(DUTY)의 하강 에지에 동기되어 하측 스위치(M2)을 턴 온 시키는 제2 게이트 신호(VG2)를 생성하고, 듀티 신호(DUTY)의 상승 에지에 동기되어 하측 스위치(M2)를 턴 오프 시키는 제2 게이트 신호(VG2)를 생성한다.
본 발명의 게이트 구동부들이 이에 한정되는 것은 아니고, 듀티 신호(DUTY)에 따라 상측 스위치(M1) 및 하측 스위치(M2)를 번갈아 온/오프 되도록 제1 게이트 신호(VG1) 및 제2 게이트 신호(VG2)를 생성한다.
피드백 루프(200)는 출력 전압(VOUT)에 따라 피드백 신호(FB)를 생성하여 스위치 제어부(100)로 전달한다. 본 발명의 실시 예에 따른 피드백 신호(FB)는 부하가 증가하여 출력 전압(VOUT)이 감소하면 증가하고, 부하가 감소하여 출력 전압(VOUT)이 증가하면 감소한다.
이하, 듀티 조절 회로(140)의 오차 증폭기 입력을 생성하기 위한 수단으로, 조절 저항(RADJ)을 이용하는 실시 예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른오실레이터(130) 및 듀티 조절 회로(140)를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 듀티 조절회로(140)는 조절 저항(RADJ)을 이용하여조절 전류(IADJ)를 생성한다. 도 2에서, 조절 저항(RADJ)은 스위치 제어부(100) 내부에 형성되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 조절 저항이 스위치 제어부 외부에 위치하고, 핀을 통해 듀티 조절 회로에 연결되어 있는 것을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 사용자가 조절 전류(IADJ)를 설정하기 위해서, 조절 저항(RADJ)은 스위치 제어부(100)의 외부에 위치할 수 있다. 구체적으로, 스위치 제어부(100)는 외부에 위치한 조절 저항(RADJ)과 핀(1)을 통해 연결되어 있고, 핀(1)을 통해 외부 저항(RADJ)과 듀티 조절 회로(140)가 연결되어 있다.
이하, 도 2를 참조하여 오실레이터(130) 및 듀티 조절 회로(140)에 대해서 상세히 설명한다.
오실레이터(130)는 피드백 신호(FB)에 따라 기준 전류(IRT)를 생성하고, 기준 전류(IRT)를 복사하여 커패시터(COSC)를 충전 또는 방전시켜 오실레이터 전압(VOSC)를 생성한다. 비교기(135) 및 비교기(136) 각각은 오실레이터 전압(VOSC)와 피크 전압(VP) 및 최저 전압(VL)을 비교한다. SR 플립플롭(137)은 비교 결과에 따라 듀티 신호(DUTY)를 생성한다.
오차 증폭기(131)는 기준 전압 2V가 입력되는 비반전 단자(+), 및 피드백 시호(FB)가 입력되는 반전 단자(-)를 포함한다. 오차 증폭기(131)의 출력단은 트랜지스터(Q)의 게이트 전극에 연결되어 있다. 스위치(Q)의 소스 전극에는 피드백 신호가 입력된다.
오차 증폭기(131)는 피드백 신호(FB)와 기준 전압 2V의 오차를 증폭하여 출력한다. 따라서 피드백 신호(FB)와 기준 전압 2V 사이의 오차에 따라 트랜지스터(Q)의 도통 정도가 조절된다.
피드백 신호(FB)가 감소하여 기준 전압 2V 보다 작은 전압일수록, 오차 증폭기(131)의 출력 전압이 증가한다. 그러면 트랜지스터(Q)를 통해 출력되는 기준 전류(IRT)가 증가한다.
반대로, 피드백 신호(FB)가 증가하여 기준 전압 2V에 가까운 전압일수록, 오차 증폭기(131)의 출력 전압이 감소한다. 그러면 트랜지스터(Q)를 통해 출력되는 기준 전류(IRT)가 감소한다.
이와 같이, 부하의 감소에 따라 피드백 신호(FB)가 감소되면, 스위칭 주파수가 증가되어 출력단으로 공급되는 전력이 감소된다. 부하의 증가에 따라 피드백 신호(FB)가 증가되면, 스위칭 주파수가 감소되어 출력단으로 공급되는 전력이 증가된다.
전류 미러(132)는 기준 전류(IRT)를 복사하여 종속 전류원(133) 및 종속 전류원(134)으로 전달한다. 본 발명의 실시 예에서, 전류 미러(132)는 기준 전류(IRT)를 1:1의 비율로 복사하여 종속 전류원(133) 및 종속 전류원(133)으로 전달한다. 이해를 돕기 위한 구체적인 설명일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
종속 전류원(133)은 커패시터(COSC)를 충전시키는 전류를 공급한다. 노드(NA)에는 조절 전류(IADJ)가 공급되는 배선이 연결되어 있다. 따라서 스위치(CS)가 턴 온 되어 있는 기간 동안, 종속 전류원(133)의 전류와 함께 조절 전류(IADJ)가 커패시터(COSC)를 충전시킨다. 스위치(CS)가 턴 온 되어 있는 기간 동안 커패시터(COSC)는 종속 전류원(133)으로부터 공급되는 기준 전류(IRT) 및 조절 전류(IADJ)에 의해 충전되어 오실레이터 전압(VOSC)이 일정한 기울기로 상승한다. 이 때, 스위치(DS)는 턴 오프 상태이다.
종속 전류원(134)은 커패시터(COSC)를 방전시키는 전류를 공급한다. 종속 전류원(133)과 커패시터(COSC) 사이에는 스위치(CS)가 연결되어 있다. 종속 전류원(134)과 커패시터(COSC) 사이에는 스위치(DS)가 연결되어 있다.
스위치(DS)가 턴 온 되어 있는 기간 동안 커패시터(COSC)가 방전되어 오실레이터 전압(VOSC)이 일정한 기울기로 하강한다. 이 때, 스위치(DS)는 턴 오프 상태이다.
두 개의 스위치(CS, DS)는 N 채널 타입의 트랜지스터이다. 따라서듀티 신호(DUTY)가 인버터(138)를 통해 전달되는 반전 듀티 신호(/DUTY)가 하이 레벨인 기간 동안 스우치(CS)는 턴 온 되고, 스위치(DS)는 턴 오프 된다. 듀티 신호(DUTY)가 하이 레벨인 기간 동안 스위치(CS)는 턴 오프 되고, 스위치(DS)는 턴 온 된다.
커패시터(COSC)의 충전 전류와 방전 전류가 상이하므로, 오실레이터 전압(VOSC)의 상승 기울기와 하강 기울기는 다르다. 그러면 듀티 신호가 하이 레벨인 기간과 로우 레벨인 기간이 서로 다르다. 따라서 상측 스위치(M1)의 듀티와 하측 스위치(M2)의 듀티가 서로 상이하다.
상측 스위치(M1)의 온 기간 동안 발생하는 출력 전류(id1)가 하측 스위치(M2)의 온 기간 동안 발생하는 출력 전류(id2)보다 큰 피크를 가질 때로 가정하여 실시 예를 설명한 것이다. 본 발명의 실시 예에서는, 두 전류의 차를 보상하기 위해서 조절 전류(IADJ)가 종속 전류원(133)의 기준 전류(IRT)와 함께 커패시터(COSC)에 공급된다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 출력 전류(id1)보다 출력 전류(id2)의 피크가 더 큰 경우, 조절 전류(IADJ)는 종속 전류원(134)와 함께 커패시터(COSC)를 방전시킬 수 있다. 이 때 조절 전류(IADJ)는 종속 전류원(134)와 스위치(DS) 사이의 임의의 노드로 공급된다.
비교기(135)는 오실레이터 전압(VOSC)이 입력되는 비반전 단자(+) 및 피크 전압(VP)이 입력되는 반전 단자(-)를 포함한다. 비반전 단자(+)의 입력이 반전 단자(-)의 입력 이상이면 비교기(135)는 하이 레벨을 출력하고, 그렇지 않으면 비교기(135)는 로우 레벨을 출력한다.
비교기(136)는 오실레이터 전압(VOSC)이 입력되는 반전 단자(-) 및 최저 전압(VL)이 입력되는 비반전 단자(+)를 포함한다. 비반전 단자(+)의 입력이 반전 단자(-)의 입력 이상이면 비교기(136)는 하이 레벨을 출력하고, 그렇지 않으면 비교기(136)는 로우 레벨을 출력한다.
SR 플립플롭(137)은 비교기(135)의 출력이 입력되는 셋단(S), 비교기(136)의 출력이 입력되는 리셋단(R), 및 출력단(Q)를 포함한다. 셋단(S) 입력의 상승 에지에 동기되어 SR 플립플롭(137)은 하이 레벨의 듀티 신호(DUTY)를 출력단(Q)를 통해 출력하고, 리셋단(R) 입력의 상승 에지에 동기되어 SR 플립플롭(137)은 로우 레벨의 듀티 신호(DUTY)를 출력단(Q)를 통해 출력한다.
따라서 오실레이터 전압(VOSC)이 피크 전압(VP)까지 상승하면 SR 플립플롭(137)은 하이 레벨의 듀티 신호(DUTY)를 생성하고, 스위치(CS)는 턴 오프 되며, 스위치(DS)는 턴 온 된다. 그러면 오실레이터 전압(VOSC)는 감소하기 시작한다. 감소하는 오실레이터 전압(VOSC)이 최저 전압(VL)까지 하강하면 SR 플립플롭(137)은 로우 레벨의 듀티 신호(DUTY)를 생성하고, 스위치(DS)는 턴 오프 되며, 스위치(CS)는 턴 온 된다. 그로면 오실레이터 전압(VOSC)은 증가하기 시작한다.
듀티 조절 회로(140)는 오차 증폭기(141), 기준 전류원(142), 및 조절 저항(RADJ)을 포함한다.
기준 전류원(142)은 기준 전류(IR)를 조절 저항(RADJ)으로 공급한다. 조절 저항(RADJ)에 의해 조절 전압(VADJ)이 발생하고, 조절 전압(VADJ)는 오차 증폭기(141)의 비반전 단자(+)에 입력된다.
오차 증폭기(141)는 비반전 단자(+)의 입력에서 반전 단자(-)의 입력을 뺀 오차를 소정의 게인(Gm)으로 증폭하여 조절 전류(IADJ)를 생성한다. 오차 증폭기(141)의 반전 단자(-)에는 기준 전압(VR)이 공급된다. 따라서오차 증폭기(141)는 조절 전압(VADJ)과 기준 전압(VR)의 차를 증폭하여 조절 전류(IADJ)를 생성한다.
조절 저항(RADJ)은 출력 전류(id1) 및 출력 전류(id2)의 피크 차를 보상할 수 있는 적절한 값으로 설정될 수 있다.
지금까지 출력 전류(id1)의 피크가 출력 전류(id2)의 피크보다 큰 경우를 예로 들어 설명하였다. 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 출력 전류(id2)의 피크가 출력 전류(id1)의 피크 보다 큰 경우에는 하측 스위치(M2)의 듀티를 감소시키기 위해서, 오실레이터 전압(VOSC)의 감소 기울기를 증가시킬 수 있다. 이 경우, 조절 전류(IADJ)는 싱크 타입으로, 커패시터(COSC)의 방전 시간을 단축시킨다.
또한 앞서 언급한 바와 같이, 듀티 조절 회로(140)는 조절 저항(RADJ)을 이용하지 않고, 출력 전류들(id1, id2)의 피크 차이를 이용하여 조절 전류(IADJ)를 생성할 수 있다. 듀티 조절 회로(140)는 출력 전류(id1)의 피크 및 출력 전류(id2)의 피크 간의 차이를 감지하고, 두 개의 출력 전류(id1, id2) 피크 전류 간의 차에 대응하는 조절 전류(IADJ)를 생성한다 이 때, 두 개의 출력 전류(id1, id2) 피크 전류 각각에 대한정보는 출력 전류(id1, id2)를 직접 측정할 수 있는 센선등을 이용하여 생성될 수 있다.
구체적으로, 듀티 조절 회로(140)는 출력 전류(id1)의 피크 전류 및 출력 전류(id2)의 피크 전류 간의 차를 산출하여 오차 증폭기(도 2의 141)의 비반전 단자(+)에 입력하는 피크 오차 증폭기(143)를 더 포함할 수 있다.
이 때, 오차 증폭기(141)의 반전 단자(-)에 입력되는 기준 전압(VR4)은 조절 전류를 생성하기 위해 적절히 변경될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 듀티 조절 회로를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이 듀티 조절 회로(140')는 조절 저항 대신 피크 오차 증폭기(143)를 더 포함한다.
출력 전류들(id1, id2) 각각의 피크 전류 정보들이 센서를 통해 피크 오차 증폭기(143)의 비반전 단자(+) 및 반전 단자(-)의 입력이 되고, 피크 오차 증폭기(143)의 출력이 오차 증폭기(141)의 비반전 단자(+)에 입력된다.
이 경우에도 앞서 조절 저항을 이용하는 듀티 조절 회로(140)와 그 동작이 동일하다. 출력 전류(id1)의 피크가 출력 전류(id2)의 피크보다 큰 경우, 듀티 조절 회로(140)는 상측 스위치(M1)의 듀티를 감소시키기 위한 조절 전류(IADJ)를 생성한다. 이 때, 조절 전류(IADJ)는 오실레이터(130)의 종속 전류원(133)의 전류와 함께 커패시터(COSC)를 충전시킨다.
반대로 출력 전류(id2)의 피크가 출력 전류(id1)의 피크보다 큰 경우, 듀티 조절 회로(140)는 하측 스위치(M2)의 듀티를 감소시키기 위한 조절 전류(IADJ)를 생성한다. 생성된 조절 전류(IADJ)는 오실레이터(130)에 전달된다. 이 때, 조절 전류(IADJ)는 오실레이터(130)의 종속 전류원(134)의 전류와 함께 커패시터(COSC)를 방전시킨다.
오실레이터(130)는 조절 전류(IADJ)에 따라 상측 스위치(M1) 및 하측 스위치(M2)의 듀티를 제어하는 듀티 신호를 생성한다. 출력 전류(id1)의 피크 및 출력 전류(id2)의 피크보다 큰 경우, 오실레이터(130)는 조절 전류(IADJ)를 이용해 커패시터(COSC)를 충전시켜, 상측 스위치(M1)의 듀티를 감소시킨다. 출력 전류(id2)의 피크 및 출력 전류(id1)의 피크보다 큰 경우, 오실레이터(130)는 조절 전류(IADJ)를 이용해 커패시터(COSC)를 방전시켜, 하측 스위치(M2)의 듀티를 감소시킨다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따라 출력 전류(id1) 및 출력 전류(id2)의 피크 차이가 감소되는 동작을 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 오실레이터 전압, 및 두 개의 출력 전류를 나타낸 도면이다.
시점 T1은 조절 전류(IADJ)가 오실레이터(130)로 공급되기 시작하는 시점이다.
시점 T1 이전에 출력 전류(id1)의 피크가 출력 전류(id2)의 피크보다 크다. 이러면 출력 다이오드(D1)에 발생하는 열이 증가하고, 출력 다이오드(D1)의 포워드 전압이 감소하여 출력 전류(id1)가 더 증가할 수 있다.
시점 T1에 조절 전류(IADJ)가 오실레이터(130)에 공급되어 커패시터(COSC)의 충전 속도가 증가하여 오실레이터 전압(VOSC)의 증가 기울기가 증가한다. 오실레이터 전압(VOSC)의 증가 기울기가 상승하므로, 오실레이트 전압(VOSC)은 시점 T1 이전에 비해 더 빠른 시간 내에 피크 전압(VP)에 도달한다.
시점 T1에 오실레이터 전압(VOSC)이 최저 전압(VL)에 도달하고, 소정의데드 타임 기간 후인 시점 T2에 상측 스위치(M1)가 턴 온 된다. 시점 T3에 오실레이터 전압(VOSC)이 피크 전압(VP)에 도달하고, 그 시점에 상측 스위치(M1)는 턴 오프 된다.
그러면 상측 스위치(M1)의 듀티가 시점 T1 이전에 비해 감소하여 출력 전류(id1)의 피크가 감소한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 시점 T1이전의 상측 스위치(M1)의 듀티는 "DM1"이다. 조절 전류(IADJ)에 의해 시점 T1 이후, 상측 스위치(M1)의 듀티는 "DM2"이다. 이와 같은 듀티의 감소로 인해 출력 전류(id1)이 감소한다.
오실레이터 전압(VOSC)이 피크 전압(VP)에 시점 T3에 도달한 후 데드 타임 후인 시점 T4에 하측 스위치(M2)가 턴 온 된다. 오실레이터 전압(VOSC)의 감소 기울기는 시점 T1 이전과 동일하므로, 출력 전류(id2)의 피크는 크게 변하지 않는다. 도 4에서는 다소 증가하는 것으로 도시되어 있으나 이는 부하의 변동과 같은 외부 요인으로 인한 변동일 수 있다.
시점 T5에 오실레이터 전압(VOSC)이 최저 전압(VL)에 도달하여 하측 스위치(M2)가 턴 오프 되고, 데드 타임 후인 시점 T6에 상측 스위치(M1)가 턴 온 되어 출력 전류(id1)가 흐르기 시작한다. 시점 T7에 오실레이터 전압(VOSC)은 피크 전압(VP)에 도달하여 상측 스위치(M1)가 턴 오프 된다.
하측 스위치(M2)는 시점 T8에 턴 온 되고, 시점 T9에 턴 오프 된다.
이와 같이, 조절 전류(IADJ)에 의해 상측 스위치(M1)의 듀티가 감소된다. 결과적으로, 출력 전류(id1) 및 출력 전류(id2)의 피크가 유사한 값이 되어 출력 다이오드(D1, D2)간에 발생하는 열이 비슷해진다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
공진형 컨버터(1), 상측 스위치(M1), 하측 스위치(M2)
스위치 제어부(100), 피드백 루프(200), 트랜스포머(300)
출력 다이오드(D1, D2), 1차측 권선(Co1), 2차측 권선(Co21, Co22)
커패시터(COUT, COSC), 제1 게이트 구동부(110), 제2 게이트 구동부(120)
오실레이터(130), 듀티 조절 회로(140), SR 플립플롭(137)
오차 증폭기(131, 141), 전류 미러(132), 종속 전류원(133, 134)
트랜지스터(Q), 스위치(CS, DS), 비교기(135, 136), 인버터(138)
기준 전류원(142), 조절 저항(RADJ)

Claims (13)

  1. 제1 스위치 및 제2 스위치 각각의 스위칭 동작에 따라 발생하는 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류에 따라 출력 전력을 공급하는 컨버터에서 상기 제1 및 제2 스위치 각각의 듀티를 조절하는 듀티 조절 회로는,
    상기 제1 출력 전류의 및 제2 출력 전류의 차이를 보상하기 위한조절 전류를 생성하는 오차증폭기; 및
    상기 차이에 대응하는 정보를 상기 오차 증폭기의 입력으로 생성하는 수단을 포함하는 듀티 조절 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차이를 생성하는 수단은,
    상기 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류 각각의 피크 간의 차이를 보상하기 위해 소정 값으로 설정된 조절 저항인 듀티 조절 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 듀티 조절 회로는, 상기 조절 저항에 기준전류를 공급하는 기준 전류원을 더 포함하고,
    상기 오차 증폭기는,
    상기 조절 저항에 발생하는 조절 전압 및 소정의 기준 전압의 차를 증폭하여 상기 조절 전류를 생성하는 듀티 조절 회로.
  4. 제1 스위치 및 제2 스위치;
    상기 제1 및 제2 스위치에 연결되어 있는 1차측 권선 및 출력단에 연결되어 있는 2차측 권선을 포함하는 트랜스포머;
    상기 제1 스위치 및 제2 스위치 각각의 스위칭 동작을 제어하는 듀티 신호를 생성하는 오실레이터; 및
    상기 제1 스위치의 온 기간 동안 상기 2차측 권선에 흐르는 전류가 정류된 제1 출력 전류와 상기 제2 스위치의 온 기간 동안 상기 2차측 권선에 흐르는 전류가 정류된 제2 출력 전류 간의 차이를 보상하기 상기 오실레이터에 조절 전류를 공급하는 듀티 조절 회로를 포함하는 컨버터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 듀티 조절 회로는,
    상기 제1 출력 전류의 피크 및 제2 출력 전류의 피크 간의 차이를 보상하기 위한 조절 전류를 생성하는 오차 증폭기; 및
    상기 피크 간의 차이를 보상하기 위해 소정 값으로 설정된 조절 저항을 포함하는 컨버터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 듀티 조절 회로는,
    상기 조절 저항에 제1 기준 전류를 공급하는 기준 전류원을 더 포함하고,
    상기 오차 증폭기는,
    상기 조절 저항에 발생하는 조절 전압 및 소정의 기준 전압의 차를 증폭하여 상기 조절 전류를 생성하는 컨버터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 오실레이터는,
    상기 컨버터의 출력 전압에 대응하는 피드백 신호에 따라 발생하는 제2 기준 전류에 따라 충전 및 방전되어 오실레이터 전압을 생성하는 커패시터를 포함하고,
    상기 듀티 조절 회로는,
    상기 제1 출력 전류의 피크 및 상기 제2 출력 전류의 피크 간의 차에 따라 상기 커패시터를 충전 또는 방전시키기 위해 상기 오실레이터에 상기 조절 전류를 공급하는 컨버터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 오실레이터는,
    상기 오실레이터 전압이 소정의 피크 전압에 도달하면 상기 듀티 신호의 레벨을 변화시키고, 상기 오실레이터 전압이 소정의 최저 전압에 도달하면 상기 듀티 신호의 레벨을 변화시키는 컨버터.
  9. 제1 스위치 및 제2 스위치;
    상기 제1 및 제2 스위치에 연결되어 있는 1차측 권선 및 출력단에 연결되어 있는 2차측 권선을 포함하는 트랜스포머;
    상기 제1 스위치 및 제2 스위치 각각의 스위칭 동작을 제어하는 듀티 신호를 생성하는 오실레이터; 및
    상기 제1 스위치의 온 기간 동안 상기 2차측 권선에 흐르는 전류가 정류된 제1 출력 전류와 상기 제2 스위치의 온 기간 동안 상기 2차측 권선에 흐르는 전류가 정류된 제2 출력 전류 간의 차이를 감지하고, 상기 제1 출력 전류 및 상기 제2 출력 전류 간의 차이를 보상하기 위한 조절 전류를 상기 오실레이터에 공급하는 듀티 조절 회로를 포함하는 컨버터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 듀티 조절 회로는,
    상기 제1 출력 전류의 피크 및 제2 출력 전류의 피크 간의 차이를 보상하기 위한 조절 전류를 생성하는 오차 증폭기; 및
    상기 제1 출력 전류의 피크 및 제2 출력 전류의 피크 간의 차이에 대응하는 출력 전압을 생성하는 피크 오차 증폭기를 포함하는 컨버터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 오차 증폭기는,
    상기 피크 오차 증폭기의 출력 전압 및 소정의 기준 전압의 차를 증폭하여 상기 조절 전류를 생성하는 컨버터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 오실레이터는,
    상기 컨버터의 출력 전압에 대응하는 피드백 신호에 따라 발생하는 제2 기준 전류에 따라 충전 및 방전되어 오실레이터 전압을 생성하는 커패시터를 포함하고,
    상기 듀티 조절 회로는,
    상기 제1 출력 전류의 피크 및 상기제2 출력 전류의 피크 간의 차에 따라상기 커패시터를 충전 또는방전시키기 위해 상기 오실레이터에 상기 조절 전류를 공급하는 컨버터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 오실레이터는,
    상기 오실레이터 전압이 소정의 피크 전압에 도달하면 상기 듀티 신호의 레벨을 변화시키고, 상기 오실레이터 전압이 소정의 최저 전압에 도달하면 상기 듀티 신호의 레벨을 변화시키는 컨버터.
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